高中物理 第3章 交变电流整合课件 鲁科选修32.ppt

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1、本章整合2021/8/11 星期三1交变电流2021/8/11 星期三2专题一专题二专题三专题一交变电流的四值及其应用交变电流的“四值”在本章中考查的频率较高,主要以选择题的形式出现。考查内容主要集中在对“四值”的联系与区别的理解及对“四值”的正确应用等方面。1.最大值:线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴旋转所产生的交变电流的电动势,其最大值Em=nBS,在考虑电容器的耐压值时,应根据交变电流的最大值。2.平均值:平均值需用 进行计算,求一段时间内通过导体横截面的电荷量时要用平均值,。2021/8/11 星期三3专题一专题二专题三3.有效值有效值:正弦式交变电流的有效值正弦式交变电流的有效值 ,

2、其他交变电流的有效值根据有效其他交变电流的有效值根据有效值的定义计算值的定义计算,求电功、电功率求电功、电功率,确定保险丝的熔断电流确定保险丝的熔断电流,要用到有效值要用到有效值;没有特殊没有特殊说明时说明时,交变电流的电流、电压、电动势均指有效值交变电流的电流、电压、电动势均指有效值,交流电表的测量值是有效值交流电表的测量值是有效值,交流用电设备上所标的额定电压、额定电流是有效值。交流用电设备上所标的额定电压、额定电流是有效值。4.瞬时值瞬时值:交变电流的瞬时值反映的是不同时刻交变电流的大小和方向交变电流的瞬时值反映的是不同时刻交变电流的大小和方向,瞬时值瞬时值是时间的函数是时间的函数,不同

3、时刻不同时刻,交变电流的瞬时值不同交变电流的瞬时值不同,如正弦式交变电流的瞬时值就是如正弦式交变电流的瞬时值就是按正弦规律变化的。在研究某一时刻线圈受到的安培力时只能用瞬时值。按正弦规律变化的。在研究某一时刻线圈受到的安培力时只能用瞬时值。2021/8/11 星期三4专题一专题二专题三例题例题1如图所示如图所示,在匀强磁场中在匀强磁场中,有一个内阻有一个内阻r=3、面积、面积S=0.02 m2的半圆形导线框可的半圆形导线框可绕绕OO轴旋转轴旋转,已知匀强磁场的磁感应强度已知匀强磁场的磁感应强度 T。若线框以。若线框以=100 rad/s的的角速度匀速转动角速度匀速转动,且通过电刷给且通过电刷给

4、“6 V12 W”的小灯泡供电的小灯泡供电,则则:(1)若从图示位置开始计时若从图示位置开始计时,则线框中感应电动势的瞬时值表达式如何则线框中感应电动势的瞬时值表达式如何?(2)从图示位置开始从图示位置开始,线框转过线框转过90的过程中的过程中,流过导线横截面的电荷量是多少流过导线横截面的电荷量是多少?该该电荷量与线框转动的快慢是否有关电荷量与线框转动的快慢是否有关?(3)由题所给已知条件由题所给已知条件,外电路所接小灯泡能否正常发光外电路所接小灯泡能否正常发光?如不能如不能,则小灯泡实际则小灯泡实际功率为多大功率为多大?2021/8/11 星期三5专题一专题二专题三解析:(1)Em=BS=0

5、.02100 V=10 V瞬时值表达式为e=Emcos t=10 cos(100t)V。(2)此过程中,穿过线框的磁通量变化量为=BS,感应电动势的平均值为流过导线横截面的电荷量其中R为灯泡电阻,q与转动时间t无关,因而与转动角速度无关。2021/8/11 星期三6专题一专题二专题三(3)该电源电动势的有效值为 ,路端电压而小灯泡的额定电压是6 V,故小灯泡不能正常发光,其实际功率为答案:(1)e=10 cos(100t)V(2)C无关(3)不能正常发光,实际功率为8.3 W2021/8/11 星期三7专题一专题二专题三专题二交变电流的图象交变电流的图象反映了交变电动势(电流)随时间的变化特征

6、,对正弦式交变电流来说,我们可以从图象中获取如下信息:1.交变电流的周期(T)一个完整的正弦波对应的时间段,知道了周期便可以算出线圈转动的角速度2.交变电流的最大值(Em,Im)它等于正弦函数图象上的峰值,知道了最大值,便可计算出交变电动势(电流)的有效值。3.任意时刻交变电流的瞬时值图象上每个“点”表示某一时刻交变电流的瞬时值。2021/8/11 星期三8专题一专题二专题三例题例题2在匀强磁场中在匀强磁场中,一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动,如图甲如图甲所示所示,产生的交变电动势的图象如图乙所示产生的交变电动势的图象如图乙所示,则则()A.

7、t=0.005 s时线框的磁通量变化率为零B.t=0.01 s时线框平面与中性面重合C.线框产生的交变电动势有效值为311 VD.线框产生的交变电动势频率为100 Hz2021/8/11 星期三9专题一专题二专题三解析:由题图乙可知该正弦交变电动势的电压最大值为311 V,周期等于0.02 s,因此,根据正弦交变电动势的最大值与有效值之间的关系式 得知选项C错误;又 ,则频率f=50 Hz,选项D错误;当t=0.005 s时,=311 V,取得最大值,穿过线圈的磁通量变化率最大,选项A错误;当t=0.01 s时,交变电压及电流方向发生改变,电压值最小等于零,线框平面与中性面重合,选项B正确。答

8、案:B2021/8/11 星期三10专题一专题二专题三专题三交变电流和力学综合问题将交变电流加在彼此绝缘且正对的两平行金属板上时,两板间就构成了一个交变电场,粒子在交变电场中,常见的运动情境有以下三种:1.带电粒子做定向运动;2.带电粒子以某位置为中心做往复运动;3.带电粒子做偏转运动。解题时首先要将初始条件把握住,然后按运动和力的关系,对交变电压的正、负阶段带电粒子的受力和运动细节分 作详细的物理过程分析,从而得知带电粒子的运动究竟属于哪种情境,必要时还可画出粒子的速度图象帮助分析判断。分析时应注意由于交变电流的周期性变化而引起的分析结果出现多解的可能。2021/8/11 星期三11专题一专

9、题二专题三例题例题3如图甲所示如图甲所示,A、B两块金属板水平放置两块金属板水平放置,相距为相距为d=0.6 cm,两板间加有一周两板间加有一周期性变化的电压期性变化的电压,当当B板接地板接地(B=0)时时,A板电势板电势A随时间变化的情况如图乙所示。随时间变化的情况如图乙所示。现有一带负电的微粒在现有一带负电的微粒在t=0时刻从板中央小孔射入电场时刻从板中央小孔射入电场,若该带电微粒受到的电场若该带电微粒受到的电场力为重力的两倍力为重力的两倍,且射入电场时的初速度可忽略不计。求且射入电场时的初速度可忽略不计。求:(1)在 这两段时间内微粒加速度的大小和方向;(2)要使该微粒不与A板相碰,所加

10、电压的周期最长为多少?(g取10 m/s2)2021/8/11 星期三12专题一专题二专题三解析:(1)设电场力大小为F,则F=2mg,对于t=0时刻射入的微粒,在前半个周期内,F-mg=ma1,a1=g,方向向上;后半个周期的加速度a2满足F+mg=ma2,a2=3g,方向向下。(2)前半个周期上升的高度 ,前半个周期微粒的末速度为 。后半个周期先向上做匀减速运动,设减速运动时间为t1,则 此段时间内上升的高度 ,则上升的总高度为后半个周期的 时间内,微粒向下加速运动,下降的高度上述计算表明,微粒在一个周期内的总位移为零,只要在上升过程中不与A板相碰即可,则h1+h2d,即 d。所加电压的周期最长为=610-2 s。答案:(1)g方向向上3g方向向下(2)610-2 s2021/8/11 星期三132021/8/11 星期三14